ACTIONARI ELECTRICE DE CURENT CONTINUU - Elemente de Proiectare

Pentru calculul valorii elementelor din circuitele prezentate in Fig. 10 se vor folosi relatiile din tabelele urmatoare:

Dimensionarea inductantei de protectie

Limitarea pantei de crestere a tensiunii in sens pozitiv la bornele dispozitivului semiconductor considerat (in exemplul nostru este vorba de tiristor) se realizeaza cu ajutorul unor inductante montate in serie cu acesta. Dimensionarea inductantelor de protectie se va face astfel incat:

(29)

Pentru inductantele de protectie realizate in aer se va folosi urmatoarea relatie de calcul:

(30)

iar pentru cele saturabile se va utiliza relatia:

(31)

unde R este valoarea rezistentei din Fig. 8.

ALEGREA TRANSFORMATORULUI

DE ALIMENTARE

Pentru a dimensiona transformatorul de alimentare este necesar a calcula mai intai puterea sa de tip. Prin definitie, puterea de tip reprezinta semisuma puterilor infasurarilor transformatorului calculate cu valorile eficace ale tensiunilor si curentilor.

Aceasta se poate calcula si cu ajutorul unui coeficient care tine cont de arhitectura convertorului utilizat. Astfel, pentru cele doua tipuri de convertoare mentionate anterior, coeficientul are urmatoarea valoare:

(32)

Din experienta practica in domeniu, se recomanda ca puterea de tip a transformatorului de alimentare sa fie majorata cu:

F     Variatia pozitiva maxima admisa a tensiunii de alimentare (spre exemplu 10%);

F     Un coeficient dat de valoarea maxima admisibila a curentului prin indusul masinii, corespunzator regimului de accelerare (exemplul cu tema de proiect prezentat in Anexa 1 - in acest caz coeficientul are valoarea 2).

Tensiunea secundara a transformatorului este calculata in functie de tipul convertorului utilizat si a datelor nominale ale masinii de curent continuu (paragraful 1).

Tensiunea nominala din primarul transformatorului se alege in functie de tensiunea retelei de alimentare disponibile si a conexiunii considerate.

Daca se considera alimentarea transformatorului dintr-o retea de putere infinita in raport cu puterea lui, atunci valoarea efectiva a curentului secundar va fi:

(33)

Pentru cazul convertoarelor monofazate, din relatia anterioara nu mai apare.

Transformatoarele de alimentare folosite in sistemele de actionari electrice cu convertoare cu stingere naturala ale caror dispozitive semiconductoare de putere sunt protejate cu sigurante ultrarapide, trebuie sa aiba o tensiune de scurtcircuit (reactanta de scapari) bine precizata. Asa cum a rezultat si din procesul de alegere a sigurantei necesare (paragraful 3), la aparitia unui scurcircuit in convertor, valoarea curentului limitat de catre aceasta trebuie sa fie mai mica decat valoarea curentului de suprasarcina nerepetitiv al tiristorului.

Inductivitatea de scapari a transformatorului de alimentare se poate calcula cu relatia:

(34)

unde:

(35)

cu din catalogul de sigurante (paragraful 3).

Aceste relatii sunt valabile pentru o putere infinita a retelei in raport cu puterea tansformatorului de alimentare.

CALCULUL INDUCTANTEI DE RETEA

Inductantele de retea sunt necesare numai in cazul in care convertorul este conectat direct la barele retelei de alimentare si nu prin intermediul unui transformator de adaptare (transformator de alimentare).

In cazul convertoarelor trifazate schema prevede montarea a unei inductante de retea pe fiecare din liniile de alimentare (R, S si respectiv T), in timp ce la convertoarele monofazate nu se monteaza decat o singura inductivitate.

Daca puterea convertorului este mica atunci va rezulta o valoare mare pentru inductanta de retea, ceea ce implica luarea in calcul a realizarii acesteia pe un miez de fier.

Pentru o putere de dimensionare mare a convertorului va rezulta o valoare mai mica a inductantei de retea. Astfel, aceasta se va putea realiza 'in aer', dar in schimb va trebui acordata o mai mare atentie amplasarii acesteia. Trebuie evitata amplasarea inductantelor 'pe aer' in imediata apropiere a unor metale. Prin curenti de inductie (datorati unui camp de dispersie foarte mare) pot apare incalziri importante.

Inductanta de retea se poate calcula cu ajutorul urmatoarei relatii:

(36)

unde se poate determina din catalogul de sigurante folosite pentru protectia la scurtcircuit a convertorului din graficul:

(37)

reprezinta valoarea curentului limitat (curentul de taiere) de catre siguranta in functie de valoarea curentului de scurtcircuit;

reprezinta valoarea curentului de suprasarcina.

In cazul alimentarii monofazate, din relatia de calcul a inductantei de filtrare dispare .

CALCULUL INDUCTANTEI DE NETEZIRE

Bobina de netezire sau inductanta de filtrare cum mai este denumita in literatura de specialitate, este prezenta numai in circuitul de curent continuu al convertizoarelor unidirectionale (sisteme de actionare electrica de doua cadrane).

Dimensionarea ei este determinata de doua aspecte:

Evitarea regimului de curent intrerupt (functionare discontinua). Prezenta unui astfel de regim de functionare ar determina o functionare instabila a sistemului;

Diminuarea armonicilor de curent prin indusul masinii de curent continuu provocate de catre armonicile tensiunii de la iesirea convertorului.

Pentru criteriul 'evitarea regimului de curent intrerupt', dimensionarea bobinei de netezire se realizeaza cu ajutorul relatiei:

(38)

unde k_1L depinde de arhitectura convertorului;

k_1I reprezinta raportul dintre curentul de mers in gol al masinii de curent continuu cuplata la sarcina antrenata, dar functionand in gol si curentul nominal al masinii. Aceasta valoare se indica de catre utilizator. In lipsa acestei date, valoarea coeficientului k_1I se poate aproxima cu ajutorul relatiei:

(39)

Pentru criteriul 'diminuarea armonicilor de curent', dimensionarea bobinei de netezire se realizeaza cu ajutorul relatiei:

(40)

unde k_2L depinde de arhitectura convertorului;

k_2I pentru masini de curent continuu de putere mica si medie acest coeficient poate fi aproximat cu valoarea 0,17.

Dimensionarea bobinei se face dupa ambele criterii si se va alege in final valoarea ca mai mare rezultata din calcul:

(41)

Bobinele de netezire sunt realizate in cea mai mare parte a cazurilor cu miez de fier. In calculul de dimensionare a bobinei trebuie avut grija ca la o valoare a curentului de:

sau de (42)

inductanta sa fie lineara. Pentru valori superioare acestora, inductanta poate fi saturabila. Valoarea bobinei saturate este aproximativ egala cu a zecea parte din cea a bobinei nesaturate.

CALCULUL INDUCTANTEI DE LIMITARE A CURENTILOR DE CIRCULATIE

Schemele de actionari electrice cu curenti de circulatie trebuie prevazute cu inductante de limitare a acestora.

De exemplu, scheme precum 'montaj antiparalel' sau 'montaj in cruce', sunt scheme care utilizeaza doua convertoare unidirectionale cu dispozitive semiconductoare de putere.

Dimensionarea acestora se poate face cu ajutorul urmatoarei relatii:

(43)

unde:

(44)

p reprezinta numarul de pulsuri ale convertorului ;

(45)

este admis in general cu o valoare de aproximativ 10% din valoarea curentului nominal al masini de curent continuu utilizate. Astfel, rezulta pentru acest coeficient o valoare tipica de 0,1;

valoarea acestui coeficient este data in tabelele urmatoare:

Pentru schemele 'montaj antiparalel':

Pentru schemele 'montaj in cruce':

Pentru cele patru variante de scheme prezentate in aceste tabele se folosesc patru inductante de limitare a curentilor de circulatie.

Aceste inductante se realizeaza in general pe miez de fier. La convertoarele de putere mare, aceste inductante se realizeaza 'pe aer' la fel ca cele de retea si asemenea acestora trebuie avut grija de locul fizic de amplasare.

Inductantele de limitare a curentilor de circulatie trebuie sa aiba un comportament linear cel putin pana la valoarea:

(46)

In schimb curentul de regim permanent la care ele trebuie dimensionate este de:

(47)

Schema 'montaj in cruce' cu convertoare monofazate este mai rar folosita in practica.

ALEGEREA APARATELOR DIN SCHEMA DE FORTA

Schema de forta a unui sistem de actionare electrica trebuie prevazuta cu elemente de protectie si in partea sa dinspre reteaua de alimentare.

Astfel, intre barele retelei de alimentare si convertorul cu dispozitive semiconductoare de putere sau in primarul transformatorului de alimentare, se prevad in general urmatoarele elemente de protectie:

F    Intrerupator ultrarapid de curent alternativ;

F    Releu termic;

F    Sigurante ultrarapide.

Intrerupatorul de curent alternativ trebuie sa declanseze rapid la aparitia unui scurtcircuit exterior convertorului. El trebuie sa declanseze inaintea sigurantelor montate in serie cu fiecare dispozitiv semiconductor de putere in parte. Intrerupatorul este caracterizat printr-un timp de actionare foarte redus (masa mica a pieselor mobile) si printr-o tensiune de arc nepericuloasa pentru dispozitivele semiconductoare de putere.

Alegerea sa se face dupa doua criterii:

F    tensiunea sa nominala sa fie mai mare decat tensiunea de linie a retelei de alimentare;

F    curentul sau nominal trebuie sa fie mai mare decat curentul nominal al primarului transformatorului de alimentare.

Aceleasi criterii de alegere trebuie sa le indeplineasca si releul termic, respectiv sigurantele ultrarapide.

SCHEMA PORNIRE SI SEMNALIZARE

In Fig. 11 este prezentata o solutie simpla de realizare a unei scheme de pornire si semnalizare a functionarii unui sistem de actionare electrica de genul celui tratat in aceasta lucrare.

Functionarea schemei:

Dupa apasarea butonului de pornire BP, contactele 1, 2, 3 si 4 se vor inchide. In acest regim de functionare becul L₁ va fi aprins, L₂ stins, iar diodele D₁, D₂ si D₃ vor fi stinse;

In cazul aparitiei unui curent de suprasarcina releul termic va actiona blocul contactelor 6, intrerupand alimentarea bobinei contactorului C si in final a transformatorului de alimentare. In acest regim de functionare becul L₁ se va stinge si se va aprinde becul L₂;

In cazul aparitiei unui curent de scurtcircuit, una sau mai multe sigurante SUR se vor arde, iar siguranta care s-a ars va fi indicata de catre dioda electroluminiscenta de pe ramura respectiva;

Oprirea instalatiei se face prin apasarea butonului de oprire BO care trebuie sa aiba forma unei ciuperci.

Fig. 11. Schema de pornire si semnalizare.

unde: C este un contactor care are:

1,2 si 3 contacte de forta normal deschise;

4 si 5 contacte auxiliare normal deschise.

BP si BO butoane de pornire si de oprire;

RT releu termic;

SUR sigurante ultrarapide pentru protectia la scurcircuit;

L₁ bec aprins = 'instalatie pornita';

L₂ bec aprins = 'regim de suprasarcina';

D₁ ÷ D₃ diode electroluminiscente care indica regimul de scurtcircuit.

Pentru a determina valoarea condensatorului C₁÷C₃ ce trebuie inseriat cu dioda D₁÷D₃ se face urmatorul calcul:

(48)

rezulta:

(49)

Se va alege condensatoare de .

10. SCHEMA PARTII DE FORTA

In Fig. 12 si 13, este prezentata schema de forta a unui sistem de actionare fara curenti de circulatie cu o masina de curent continuu cu excitatie independenta alimentata de la un convertor trifazat complet comandat de patru cadrane realizat cu tiristoare normale.

Prima figura prezinta circuitul de alimentare a indusului masinii, iar cea de a doua circuitul de alimentare a excitatiei.

Pentru a nu ingreuna citirea schemei nu s-au mai notat toate elementele protectiei individuale si a protectiei la scurtcircuit. Acestea sunt notate similar circuitului de protectie a tiristorului T₁₁.

Daca sistemul de actionare ar fi fost cu curent de circulatie, atunci in prima schema ar trebui sa apara si bobinele de limitare a acestuia.

Daca sistemul de actionare ar fi fost de doua cadrane, atunci din prima schema ar disparea cel de-al doilea convertor cu tiristoare, iar in serie cu indusul masinii ar trebui plasata o inductivitate de netezire, inductivitate a carei dimensionare a fost prezentata intr-un paragraf anterior.

Fig. 1 Schema de forta a actionarii - partea a II-a.